DE102004057957A1 - Turbidity sensor comprises infrared/blue light emitting diode with a luminescence transducer, measuring photo receiver, circuit for the operation in each diode in the pulse process and an analysis circuit signals emitted by the detector - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Trübungsmessung.The The present invention relates to a device for turbidity measurement.
Derzeit
gibt es in verschiedenen Ländern
unterschiedliche Normen zur Trübungsmessung
als Methode zur Bestimmung von Wasserqualität. Beispielsweise wird in der
europäischen
Union die Messung mit einer monochromatischen Lichtquelle gefordert,
wobei als Lichtquelle eine Diode geeigneter Wellenlänge zum
Einsatz kommt, beispielsweise gemäß der ISO 7027 eine Nah-Infrarot-LED.
Andererseits fordert die Environmental Protection Agency (EPA) in
den USA eine Messung gemäß der EPA
Methode 180.1:
mit einer Weisslichtquelle, wobei die Weisslichtquelle das
Spektrum eines Wolframfilaments aus einem vorgegebenen Temperaturbereich
aufweisen muss. At present, different standards for turbidity measurement exist in different countries as a method for determining water quality. For example, in the European Union, the measurement is required with a monochromatic light source, wherein a diode of suitable wavelength is used as the light source, for example a near-infrared LED according to ISO 7027. On the other hand, the US Environmental Protection Agency (EPA) requires a measurement according to EPA Method 180.1:
with a white light source, wherein the white light source must have the spectrum of a tungsten filament from a predetermined temperature range.
Im einzelnen sind die Normen durch die folgenden Forderungen charakterisiertin the In particular, the standards are characterized by the following requirements
ISO 7027:ISO 7027:
- • Nephelometrisches Konzept• Nephelometric concept
- • 1 Lichtquelle mit 1 (oder mehreren) Detektoren jeweils im 90°-Winkel• 1 Light source with 1 (or more) detectors each at 90 ° angle
- • Wellenlänge: 860 nm• Wavelength: 860 nm
- • Bandbreite: 60 nm maximal• Bandwidth: 60 nm maximum
- • Einstrahlungs-Divergenz: 0• Irradiation Divergence: 0
- • Einstrahlungs-Konvergenz: 2,5° maximal• Irradiation convergence: 2.5 ° maximum
- • Meßwinkel: 90°Measuring angle: 90 °
- • Meßapertur: 20°-30° maximal• measuring aperture: 20 ° -30 ° maximum
EPA Methode 180.1:EPA Method 180.1:
- • Nephelometrisches Konzept• Nephelometric concept
- • 0-40 NTU (höhere Trübungen nur über Verdünnung des Mediums)• 0-40 NTU (higher opacities only over dilution of the medium)
- • 1 Lichtquelle mit 1 (oder mehreren) Detektoren jeweils im 90°-Winkel• 1 Light source with 1 (or more) detectors each at 90 ° angle
- • Lichtquelle: Tungsten filament lamp mit Farbtemperatur zwischen 2200°-3000°K• light source: Tungsten filament lamp with color temperature between 2200 ° -3000 ° K
- • Lichtweg in der Meßkammer: 10 cm maximal• Light path in the measuring chamber: 10 cm maximum
- • Meßwinkel: 90°Measuring angle: 90 °
- • Meßapertur: +/– 30° maximal 60° insges.• measuring aperture: +/- 30 ° maximum 60 ° total.
- • Spektrales Meßfenster: 400-600 nm• Spectral measurement window: 400-600 nm
- • Meßzelle/Küvette: farblos, transparent, aus Glas oder Plastik• measuring cell / cuvette: colorless, transparent, made of glass or plastic
Aus dem Vergleich der beiden Forderungskataloge ergibt sich, dass es abgesehen von der Art der Lichtquelle prinzipielle Übereinstimmungen gibt. Im Sinne einer erhöhten Flexibilität und einer Kostenreduktion wäre es daher sinnvoll, wenn ein Trübungsmessgerät beide Normen erfüllen bzw. den Grundprinzipen beider Normen genügen würde.Out The comparison of the two catalogs of demands shows that it apart from the nature of the light source in principle matches gives. In the sense of an increased flexibility and a cost reduction would be It therefore makes sense if a turbidimeter both Meet standards or the basic principles of both standards.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein solches Trübungsmessgerät bereitzustellen.It It is therefore the object of the present invention to provide such a turbidity meter.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine einfache Kombination beider Messprinzipien verworfen, stattdessen wird die Messung mit der Weißlichtquelle folgendermaßen modifiziert. Anstelle eines Wolframfilaments wird eine Weißlicht-Diode vorgesehen, die beispielsweise eine Diode mit blauer Emission und einen Lumineszenzwandler umfasst. Somit können beide Lichtquellen mit einer weitgehend identischen Schaltung betrieben werden. Insbesondere können beide Lichtquellen auch im Pulsbetrieb betrieben werden können.to solution This object is achieved according to the invention a simple combination Discarded both measuring principles, instead, the measurement with the White light source as follows modified. Instead of a tungsten filament becomes a white light diode provided, for example, a diode with blue emission and a luminescence converter comprises. Thus, both light sources with operated a largely identical circuit. Especially can Both light sources can be operated in pulsed mode.
Der
erfindungsgemäße Trübungssensor
umfasst
eine erste Leuchtdiode, welche Licht mit mindestens einer
ersten Wellenlänge
emittiert;
eine zweite Leuchtdiode, welche Licht mindestens
einer zweiten Wellenlänge
emittiert;
mindestens einen Mess-Photoempfänger zum Erfassen des von einer
Probe gestreuten Lichtes, wobei der Mess-Photoempfänger ein
intensitätsabhängiges Mess-Signal
ausgibt; und
eine Ansteuerungsschaltung, zum Betreiben der
ersten und/oder zweiten Leuchtdiode und
eine Auswertungsschaltung
zum Verarbeiten des von dem Detektor ausgegebenen Primärsignals.The turbidity sensor according to the invention comprises
a first light emitting diode emitting light of at least a first wavelength;
a second light emitting diode emitting light of at least a second wavelength;
at least one measurement photoreceiver for detecting the light scattered by a sample, wherein the measurement photoreceiver outputs an intensity-dependent measurement signal; and
a drive circuit for operating the first and / or second light emitting diode and
an evaluation circuit for processing the primary signal output from the detector.
Die Ansteuerungsschaltung umfasst vorzugsweise einen ersten Auswahlschalter mit welchem eine der Leuchtdioden ausgewählt werden kann.The Drive circuit preferably comprises a first selection switch with which one of the light-emitting diodes can be selected.
Die erste Leuchtdiode kann beispielsweise eine Infrarot-LED und die zweite eine Weißlicht-LED sein, welche vorzugsweise eine blau emittierende LED mit einem Lumineszenzwandler umfasst.The first light-emitting diode, for example, an infrared LED and the second be a white light LED, which preferably a blue emitting LED with a luminescence converter includes.
Die Ansteuerungsschaltung kann insbesondere eine Schaltung zum Betreiben einer Diode im Pulsbetrieb sein.The Drive circuit may in particular a circuit for operating a diode in pulsed operation.
Der mindestens eine Mess-Photoempfänger kann beispielsweise ein Breitbandempfänger sein.Of the at least one measuring photoreceiver can for example, a broadband receiver be.
Der erfindungsgemäße Trübungssensor kann weiterhin mindestens einen Referenzempfänger aufweisen, der die Intensität der Strahlung der ersten bzw. zweiten Leuchtdiode erfasst. In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung umfasst der erfindungsgemäße Trübungssensor einen ersten Referenzempfänger für die Bestimmung der Intensität der Strahlung der ersten Leuchtdiode und einen zweiten Referenzempfänger zur Bestimmung der Intensität der zweiten Leuchtdiode.Of the Turbidity sensor according to the invention can furthermore have at least one reference receiver which determines the intensity of the radiation the first and second light emitting diode detected. In a currently preferred The turbidity sensor according to the invention comprises a first reference receiver for the determination the intensity the radiation of the first light emitting diode and a second reference receiver for Determining the intensity of second light emitting diode.
Der
erfindungsgemäße Trübungssensor
umfasst in einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung ein Gehäuse, welches
in seinem Innern mindestens eine Kammer aufweist, welche von einem
Medienraum durch mindestens ein Fenster getrennt ist, wobei
die
erste Leuchtdiode und die zweite Leuchtdiode sowie der mindestens
eine Mess-Photoempfänger
in der mindestens einen Kammer angeordnet sind,
von der ersten
und der zweiten Leuchtdiode ein erster bzw. ein zweiter Beleuchtungspfad
in den Medienraum verläuft,
und
aus dem Medienraum sich ein Streulichtpfad zu dem mindestens
einen Detektor erstreckt.The turbidity sensor according to the invention comprises in a presently preferred embodiment, a housing which has in its interior at least one chamber which is separated from a media space by at least one window, wherein
the first light-emitting diode and the second light-emitting diode and the at least one measuring photoreceiver are arranged in the at least one chamber,
from the first and the second light emitting diode, a first and a second illumination path in the media space, and
from the media room, a scattered light path to the at least one detector extends.
Der Streulichtpfad verläuft vorzugsweise senkrecht zu dem ersten bzw. zweiten Beleuchtungspfad.Of the Stray light path runs preferably perpendicular to the first and second illumination path.
In dem ersten bzw. zweiten Beleuchtungspfad kann optional ein Filter vorgesehen sein, beispielsweise ein Bandpassfilter im ersten Beleuchtungspfad.In the first and second illumination paths may optionally have a filter be provided, for example, a bandpass filter in the first illumination path.
Der erste und der zweite Beleuchtungspfad können jeweils einen Strahlteiler aufweisen um einen Teil der Strahlung zu dem ersten bzw. zweiten Referenzempfänger auszukoppeln. Gleichermaßen können sich direkt von der ersten und zweiten Leuchtdiode Referenzlichtpfade zu dem ersten und zweiten Referenzempfänger erstrecken, wobei die Referenzlichtpfade in einer anderen Richtung als die Beleuchtungspfade verlaufen. In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung verlaufen der erste und der zweite Referenzlichtpfad im wesentlichen senkrecht zu dem jeweiligen Beleuchtungspfad. Ein Referenzsignal der Referenzempfänger wird ggf. der Auswertungsschaltung zur Normierung des Ausgangssignals des mindestens einen Mess-Photoempfängers zugeführt. Die Referenzempfänger können vorzugsweise mit einem zweiten Auswahlschalter passend zu den Leuchtdioden ausgewählt werden. Der zweite Auswahlschalter kann mit dem ersten Auswahlschalter gekoppelt, von diesem abhängig, oder in diesen integriert sein.Of the first and the second illumination path can each have a beam splitter comprise a portion of the radiation to the first and second reference receiver decouple. equally can directly from the first and second LED reference light paths to the first and second reference receiver, wherein the Reference light paths in a different direction than the illumination paths run. In a currently preferred embodiment the first and second reference light paths are substantially perpendicular to the respective illumination path. A reference signal of the reference receiver is if necessary, the evaluation circuit for normalizing the output signal the at least one measuring photoreceiver supplied. The reference receivers may preferably be selected with a second selection switch suitable for the light-emitting diodes. The second selection switch can be coupled to the first selection switch, dependent on this, or be integrated into it.
Das Gehäuse kann einen metallischen Werkstoff, Kunststoff oder Glas aufweisen, wobei bei einem Glasgehäuse die Fenster einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sein können.The casing may comprise a metallic material, plastic or glass, being with a glass case the windows in one piece with the housing can be trained.
Der Trübungssensor kann beispielsweise als Tauchsensor in einem ruhenden Medium eingesetzt werden, oder in einem strömenden Medium angeordnet sein, in dem der Medienraum bzw. eine so genannte Messkammer von dem Medium durchströmt wird.Of the turbidity sensor can be used for example as a submersible sensor in a quiescent medium, or in a streaming Be arranged medium in which the media room or a so-called Measuring chamber is flowed through by the medium.
Die Erfindung wird nun anhand eines in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert.The Invention will now be described with reference to an embodiment shown in the figure explained.
Es zeigt:It shows:
Das
In
Das
Spektrum einer geeigneten Weißlichtdiode
ist in
Geeignete Weißlicht-LEDs sind beispielsweise von der Firma Oshino Lamps (Nürnberg Deutschland) erhältlich. Derzeit wird ein Kantenfilter der Firma Schott (Mainz, Deutschland) bevorzugt, welcher den Blauanteil des Spektrums reduziert.suitable White light LEDs are for example from the company Oshino Lamps (Nuremberg Germany) available. Currently, an edge filter from Schott (Mainz, Germany) preferred, which reduces the blue portion of the spectrum.
Nahe den beiden LEDs können jeweils geeignete Kombinationen von Blenden und/oder Linsen angeordnet werden, um jeweils einen ausreichend kollimierten Strahl für die Messpfade bereitzustellen.Near the two LEDs can in each case suitable combinations of diaphragms and / or lenses arranged in each case a sufficiently collimated beam for the measurement paths provide.
Das
Trübungsmessgerät umfasst
weiterhin einen hinreichend breitbandigen Photoempfänger
Der
Mess-Photoempfänger
Das
Trübungsmessgerät umfasst
weiterhin eine Ansteuerungsschaltung
Das
Trübungsmessgerät umfasst
zudem eine Auswertungsschaltung
Zur
Auswahl der jeweils gewünschten
LED und des zugehörigen
Referenzphotoempfängers sind
ein erster Auswahlschalter
Der erste und der zweite Auswahlschalter können insbesondere Schalttransistoren aufweisen, welche von einem Mikrocomputer angesteuert werden, wobei der Mikrocomputer eine Komponente der Ansteuerungsschaltung ist.Of the first and the second selection switch can in particular switching transistors which are driven by a microcomputer, wherein the microcomputer is a component of the drive circuit.
Wie
in
Das
Gehäuse
weist einen konkaven äußere Oberflächenabschnitt
auf, welcher eine Messkammer
In
dem konkaven Oberflächenabschnitt
sind ein erstes Fenster
Die
Achsen des Strahlengangs des Weißlichts und des Infrarotlichts
sind im wesentlichen koplanar. Sie verlaufen über ein drittes Fenster
Die
Ansteuerungselektronik und die Auswertungselektronik sind in ein
Elektronikmodul
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200410057957 DE102004057957A1 (en) | 2004-11-30 | 2004-11-30 | Turbidity sensor comprises infrared/blue light emitting diode with a luminescence transducer, measuring photo receiver, circuit for the operation in each diode in the pulse process and an analysis circuit signals emitted by the detector |
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